[发明专利]一种太阳能电池材料少子寿命测试仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试仪，尤其是涉及一种基于微波谐振腔传感法的太阳能电池材料少数载流子(简称少子)寿命测试仪。

背景技术

太阳能电池基区的少子寿命是影响电池转换效率的最重要参数之一，它与材料的完整性，某些杂质的含量有极密切的关系，在电池制造过程中工艺监控的重要参数，通过测试少子寿命来控制器件制造工艺已成为优化器件特性的重要手段。因此在太阳能电池研究与生产中，准确测量电池材料少子的寿命显得至关重要。

有文献报道过采用其它微波方法测量少子寿命，如公开号为CN86101518A的中国发明专利公开一种用介质波导测量半导体材料少子寿命的装置；专利号为ZL95243479.2的中国实用新型专利提供一种测试少子寿命的装置；专利号为ZL200310108310.7的中国发明专利提供一种太阳电池少数截流子寿命分析仪。第一种方法利用光照前后微波透过半导体样品传输信号的变化测量少子寿命，后两种方法都是通过测量光照前后微波辐射半导体样品后反射信号的变化测量少子寿命，而实现微波辐射分别采用喇叭天线和微带面天线。这3种方法的共同特点是用脉冲光源激发引起半导体材料少子浓度的跃变，再从撤去激发光后光电导的衰退曲线测量少子寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现对太阳能电池材料少数载流子寿命的无接触无破坏的二维测量，获得片状太阳能电池材料少子寿命分布情况分析的太阳能电池材料少子寿命测试仪。

本发明设有微波系统、调光器调制电路、数据采集卡和用于数据处理的计算机。

微波系统设有压控振荡器、衰减器、谐振腔、二维移动平台和检波器，设于二维移动平台上的样品槽用于放置样品，谐振腔设于样品上，在谐振腔端盖上设有对称的LC谐振式孔缝，被测样品通过LC谐振式孔缝从谐振腔中耦合出微波能量，压控振荡器的输入端接数据采集卡，压控振荡器的输出端经衰减器后接谐振腔，数据采集卡的正弦调制信号输出端接信号放大电路输入端，信号放大电路输出端接固体激光器，固体激光器设于谐振腔下方，检波器的输入端接谐振腔，检波器的输出端接数据采集卡，数据采集卡接用于数据处理的计算机。

二维移动平台的X、Y轴分别与步进电机连接，实现移动。检波器可采用晶体二极管检波器。在谐振腔端盖为对称开有LC谐振式孔缝的铜片，实现材料对微波谐振腔的微扰。

本发明采用激光器调制电路调制激光器激发太阳能电池材料，调制信号和晶体二极管检波器输出信号由高速数据采集卡中高性能的信号调理和放大电路进行隔直、滤波、放大，然后数字化后将数据送入计算机处理完成少数载流子寿命的计算分析。本发明应用微波谐振腔传感法，通过测量调制信号和光电导信号振荡状态的时间差计算得到被测材料的少数载流子寿命，实现对太阳能电池材料少数载流子寿命的无接触无破坏的二维测量。

固体激光器是光强被正弦信号调制的950nm激光二极管，激光准确地照射到被测样品上，引起被测样品的光电导率变化，而被测样品从谐振腔中感应的微波能量与被测样品的光电导率成正相关，微波系统后端的晶体二极管检波器检测出通过微波系统能量的变化，即检测出与调制信号振荡时间状态不同的光电导信号，比较光电导信号和加在激光器上的调制信号的振荡状态时间差，即可计算得到少子寿命。

本发明采用工作于高Q值低损耗模的谐振腔作为微波检测传感器，它具有高灵敏度和易调谐的优点。由于在谐振腔端盖为对称开有LC谐振式孔缝的铜片，实现材料对微波谐振腔的微扰。被激发的被测样品的材料光电导率变化正比于受正弦信号调制的激光光强，被测样品通过LC谐振式孔缝从谐振腔中耦合出部分微波能量，耦合的微波能量正相关于材料的光电导率，使得谐振腔中的微波能量变化随着调制信号而变化，该变化被微波系统后端的晶体二极管检波器检测到，即得到光电导信号。

本发明采用了一个二维的移动平台，用在平移片状的被测样品，实现片状样品的少子寿命的分析。该移动平台的运动受到计算机的控制。移动平台中心是一个样品槽，厚度与样品厚度一致，样品放上后形成一个平面与谐振腔紧贴，激光通过下部的圆孔激发，样品平台的X、Y轴被两个步进电机牵引，实现移动。

本发明的激光器调制电路用于产生符合测试需要的激光调制信号对半导体激光二极管光强调制。高速数据采集卡产生的正弦调制信号经放大，叠加在一直流偏置电压上，保证激光二极管正常工作并受正弦信号调制。电路中另设计有过流保护电路，避免激光二极管的烧毁。